JP2017181415A - 電流センサ、シールド、および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動および衝撃等が加わってセンサの位置がずれても、正確な電流値を出力する電流センサ。
【解決手段】第１方向に延伸し、当該第１方向に電流を流す導電部と、導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、導電部および検出部を囲うシールドと、を備え、シールドは、導電部に対向する底部と、導電部および検出部を間に挟んで底部から延伸する２つの側部と、を有し、２つの側部は、底部から離間した第１箇所における距離が、第１箇所と比較して底部により近い第２箇所における距離よりも小さい電流センサおよび製造方法を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電流センサ、シールド、および製造方法に関する。

従来、導電体に流れる電流に応じて当該導電体が発生させる磁場を検出して、当該導電体に流れる電流量を検出する電流センサが知られていた。このような電流センサは、磁性体等で形成されたシールドを用いて、外乱となり得る外部からの磁場の侵入を防止していた（例えば、特許文献１および２参照）。
特許文献１ 特開２００７−１９２８２０号公報
特許文献２ 特開２００８−１５１７４３号公報

このようなシールド内の磁束密度は、一様に分布するものではなく、例えば、電流導体から離間すると共に、単調に減少する傾向を有していた。したがって、磁場を検出するセンサの組み立て誤差、センサ固定部材の変形、センサに振動および衝撃等が加わること等により、センサの位置がずれると、当該センサに入力する磁場の大きさが変動してしまい、正確な電流値を出力することが困難になることがあった。また、電流導体に近接する領域に、磁束密度の変動が比較的少ない領域が存在することがあるが、このような領域にセンサを配置すると、電流導体で発生する熱の影響を受けて正確な電流値を出力することが困難になることがあった。

本発明の第１の態様においては、第１方向に延伸し、当該第１方向に電流を流す導電部と、導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、導電部および検出部を囲うシールドと、を備え、シールドは、導電部に対向する底部と、導電部および検出部を間に挟んで底部から延伸する２つの側部と、を有し、２つの側部は、底部から離間した第１箇所における距離が、第１箇所と比較して底部により近い第２箇所における距離よりも小さい電流センサおよび製造方法を提供する。

本発明の第２の態様においては、電流を流す導電部と、導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、底部と、底部および検出部を間に挟む２つの側部とを有するシールドと、を備え、底部と２つの側部によって形成されるシールドの内壁が導電部および検出部を囲い、２つの側部の少なくとも一部は、底部から離間すると共に、互いの間隔が近接する電流センサおよび製造方法を提供する。

本発明の第３の態様においては、第１の態様および第２の態様の電流センサに設けられるシールドを提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本実施形態に係る電流センサ１００の第１構成例を示す。 本実施形態に係る第１構成例の電流センサ１００の断面の構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の第２構成例を示す。 本実施形態に係る第２構成例の電流センサ１００の断面の構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ１００の検出部２０の位置と、当該検出部２０に入力する磁束密度の変化の一例を示す。 本実施形態に係る電流センサ２００の第１構成例を示す。 本実施形態に係る第１構成例の電流センサ２００の断面の構成例を示す。 本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００の断面の構成例を示す。 本実施形態に係る電流センサ２００の検出部２２０の位置と、当該検出部２２０に入力する磁束密度の変化の一例を示す。 本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０が形成された例を示す。 本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０で導電部２１０を囲った例を示す。 本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００の構成例を示す。 本実施形態に係るシールド２３０の第１変形例の断面構成を示す。 本実施形態に係るシールド２３０の第２変形例の断面構成を示す。 本実施形態に係るシールド２３０の第３変形例の断面構成を示す。 本実施形態に係るシールド２３０の第４変形例の断面構成を示す。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る電流センサ１００の第１構成例を示す。電流センサ１００は、電流導体に流れる電流の値を非接触で検出する。図１は、直交する３方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ方向）のうち、Ｙ方向に流れる電流の値を電流センサ１００が検出する例を示す。電流センサ１００は、導電部１０と、検出部２０と、シールド３０と、を備える。

導電部１０は、第１方向に延伸し、当該第１方向に電流を流す電流導体である。ここで、第１方向は、図１におけるＹ方向と略同一でよい。導電部１０は、電流を流す導電性の材料を有する。導電部１０は、電流が流れる値に応じて、周囲に磁場を発生させる。導電部１０は、形成される材料および流れる電流の値に応じて、発熱する場合がある。

検出部２０は、導電部１０に流れる電流によって生じる磁場を検出する。検出部２０は、一方向の磁場を検出するセンサ素子を有することが望ましい。検出部２０は、例えば、図１におけるＸ方向と略平行な磁場を検出する。即ち、検出部２０は、Ｙ方向およびＺ方向と略平行な磁場が入力しても、当該磁場を検出しなくてよい。

シールド３０は、導電部１０および検出部２０を囲う。シールド３０は、ＸＺ平面と略平行な面における断面形状がＵ字形状を有してよい。図１は、シールド３０のＺ方向の高さをＨ、Ｙ方向の奥行きをＬ、Ｘ方向の内側の幅をＷとする。シールド３０は、内側に導電部１０および検出部２０を配置させ、当該導電部１０および検出部２０に外部から入力する磁場を遮蔽して、検出部２０に対する外乱の影響を低減させる。

図２は、本実施形態に係る第１構成例の電流センサ１００の断面の構成例を示す。図２に示す第１構成例の電流センサ１００において、図１に示された電流センサ１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図２は、図１におけるＸＺ面と略平行な面における電流センサ１００の断面の一例を示す。シールド３０は、底部３２と、第１側部３４と、第２側部３６と、を有する。

底部３２は、一方の面が導電部１０に対向し、他方の面が電流センサ１００の外部を向く。なお、底部３２が導電部１０に対向する側を、電流センサ１００の内側とする。底部３２は、ＸＹ平面と略平行に形成されてよい。

第１側部３４および第２側部３６の２つの側部は、導電部１０および検出部２０を間に挟んで底部３２から＋Ｚ方向に延伸する。第１側部３４および第２側部３６は、導電部１０および検出部２０を挟んで対向し、ＺＹ面と略平行に形成されてよい。第１側部３４の一方の面および第２側部３６の一方の面は、導電部１０および検出部２０が設けられる電流センサ１００の内側を向く。即ち、底部３２、第１側部３４、および第２側部３６の一方の面によって形成されるシールド３０の内壁が、導電部１０および検出部２０を囲うことになる。

また、Ｚ方向において、第１側部３４および第２側部３６の一端は底部３２にそれぞれ接続され、他端は何も接続されなくてよい。即ち、シールド３０の底部３２の一方の面に対向する側は、シールド３０の開口を形成する。図２は、シールド３０の開口のＸ方向の幅（間隔）が、シールドの内側の幅Ｗと略等しい例を示す。

ここで、導電部１０は、断面形状がＸ方向に長い長方形または楕円でよく、一方の面が底部３２を向き、他方の面が検出部２０を向く。なお、導電部１０の断面形状はこれに限定されることはなく、円形、多角形等を有してよい。また、検出部２０は、導電部１０とシールド３０の開口との間に設けられ、導電部１０が発生する磁場のうち、Ｘ方向の磁場を検出する。検出部２０は、例えば、導電部１０が＋Ｙ方向に流れる電流に応じて発生する−Ｘ方向の磁場を検出する。また、検出部２０は、導電部１０が−Ｙ方向に流れる電流に応じて発生する＋Ｘ方向の磁場を検出してもよい。

導電部１０、検出部２０、およびシールド３０は、導電部１０に流れる電流の方向に平行な面に対して対称な形状を有することが望ましい。例えば、図２は、導電部１０、検出部２０、およびシールド３０が、直線Ａ−Ａ'を通るＺＹ面と略平行な面に対して対称な形状を有する例を示す。このような電流センサ１００は、外乱の影響を低減させて、導電部１０に流れる電流の値を検出することができる。

図３は、本実施形態に係る電流センサ１００の第２構成例を示す。第２構成例の電流センサ１００において、図１および図２に示された第１構成例の電流センサ１００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の電流センサ１００は、Ｘ方向におけるシールド３０の開口の幅Ｇが、シールド３０の内側の幅Ｗよりも小さい例を示す。

図４は、本実施形態に係る第２構成例の電流センサ１００の断面の構成例を示す。シールド３０の第１側部３４は、−Ｚ方向側の一端が底部３２に接続され、＋Ｚ方向側の他端が＋Ｘ方向に延伸する第１頂部４２に接続される。第２側部３６は、−Ｚ方向側の一端が底部３２に接続され、＋Ｚ方向側の他端が−Ｘ方向に延伸する第２頂部４４に接続される。第１頂部４２および第２頂部４４は、Ｘ方向において予め定められた間隔だけ離間して設けられ、当該間隔が、シールド３０の開口幅Ｇとなる。図４は、導電部１０、検出部２０、およびシールド３０が、直線Ａ−Ａ'を通るＺＹ面と略平行な面に対して対称な形状を有する例を示す。

第２構成例の電流センサ１００においても、検出部２０は、導電部１０が発生する磁場のＸ方向の磁場を検出する。また、電流センサ１００は、シールド３０を設けることで、外乱の影響を低減させて、導電部１０に流れる電流の値を検出することができる。以上の本実施形態に係る電流センサ１００が、導電部１０に流れる電流の値を検出した結果について、次に説明する。

図５は、本実施形態に係る電流センサ１００の検出部２０の位置と、当該検出部２０に入力する磁束密度の変化の一例を示す。図５は、Ｘ軸が導電部１０の検出部２０を向く面から検出部２０までの距離を示す。即ち、Ｘ軸は、検出部２０が配置された場合の導電部１０および検出部２０の間の距離を示す。また、図５は、検出部２０が配置された場合に、導電部１０から発生した磁束密度のうち、当該検出部２０に入力する磁束密度の変化量をパーセンテージで示す。

例えば、横軸の導電部１０および検出部２０の間の距離の変化に伴い、縦軸が変化する場合、検出部２０は、位置の変化に応じて、当該検出部２０に入力する磁束密度が変化することになる。即ち、検出部２０は、位置が変動すると、導電部１０に略同一の電流が流れても異なる検出結果を出力することになる。

図５は、第１構成例および第２構成例の電流センサ１００について、検出部２０の位置に対して入力する磁束密度の変化を、シミュレーションで算出した結果を示す。なお、図５の縦軸の目盛りは、導電部１０および検出部２０の間の距離が２ｍｍの場合に、当該検出部２０に入力する磁束密度の値で規格化した結果を示す。即ち、図５は、導電部１０および検出部２０の距離が２ｍｍの場合の当該検出部２０に入力する磁束密度を基準として、当該基準の磁束密度からの変化量を示す。ここで、第１構成例および第２構成例のシールド３０は、高さＨを１２．５ｍｍ、奥行きＬを１２ｍｍ、内側の幅Ｗを１０．５ｍｍとした。また、第２構成例のシールド３０は、開口幅Ｇを２ｍｍとした。また、導電部１０は、Ｘ方向の幅を８ｍｍ、Ｚ方向の厚さを２ｍｍとした。

図５においてａで示すグラフは、第１構成例の電流センサ１００のシミュレーション結果の一例を示す。第１構成例の電流センサ１００は、検出部２０の位置が導電部１０から離間するに伴い、検出部２０に入力する磁束密度が単調に低下する傾向が算出された。例えば、検出部２０の位置が２ｍｍから３ｍｍに変化すると、−０．５％程度変化してしまう。したがって、第１構成例の電流センサ１００は、検出部２０の最適な位置を決定することが困難であり、また、検出部２０の位置変動に応じて、検出結果も変動してしまうことがわかる。

図５においてｂで示すグラフは、第２構成例の電流センサ１００のシミュレーション結果の一例を示す。第２構成例の電流センサ１００は、検出部２０の位置が導電部１０から離間するに伴い、１．５ｍｍ程度の位置で極小点となり、当該極小点を超えると単調増加する傾向が算出された。したがって、第２構成例の電流センサ１００は、導電部１０から１．５ｍｍ程度離間した位置が検出部２０の最適な位置と考えることができる。しかしながら、導電部１０および検出部２０の間隔が１．５ｍｍ程度の場合、導電部１０が発熱すると、当該熱の影響を検出部２０が受けやすく、検出部２０が不安定になることがある。

また、例えば、検出部２０の位置が１．５ｍｍから２．５ｍｍに変化すると、＋１％程度変化してしまい、３ｍｍの位置では、＋２．５％／ｍｍ程度の傾きとなってしまう。したがって、第２構成例の電流センサ１００は、検出部２０を最適な位置にしても、導電部１０の発熱の影響で不安定な動作をする場合があり、また、検出部２０の位置変動に応じて、検出結果が変動してしまうことがわかる。

そこで、本実施形態に係る電流センサ２００は、導電部１０から十分離間した位置に検出部２０を配置させ、当該検出部２０を安定に動作させる。このような電流センサ２００について、次に説明する。

図６は、本実施形態に係る電流センサ２００の第１構成例を示す。電流センサ２００は、電流導体に流れる電流の値を非接触で検出する。図２は、直交する３方向（Ｘ、Ｙ、およびＺ方向）のうち、Ｙ方向に流れる電流の値を電流センサ２００が検出する例を示す。電流センサ２００は、導電部２１０と、検出部２２０と、シールド２３０と、を備える。

導電部２１０は、第１構成例および第２構成例の電流センサ１００の導電部１０と同様に動作する。即ち、導電部２１０は、Ｙ方向と略同一の第１方向に延伸し、当該第１方向に電流を流す。導電部２１０は、銅、アルミ等の金属等を有してよく、また、銅合金、アルミ合金等でよい。

検出部２２０は、第１構成例および第２構成例の電流センサ１００の検出部２０と同様に動作する。即ち、検出部２２０は、導電部２１０に流れる電流によって生じる磁場を検出する。検出部２２０は、一例として、ホール素子を有する。この場合、検出部２２０は、ホール素子対を有することが望ましい。これに代えて、検出部２２０は、磁気抵抗素子を有してよい。また、検出部２２０は、ホール素子および磁気抵抗素子の少なくとも一方を有してもよい。

シールド２３０は、導電部２１０および検出部２２０を囲う。シールド２３０は、第１構成例および第２構成例の電流センサ１００のシールド３０と同様に、導電部１０および検出部２０へと外部から入力する磁場を遮蔽して、検出部２０に対する外乱の影響を低減させる。シールド２３０は、透磁率の高い強磁性体材料を有する。シールド２３０は、Ｆｅ（鉄）およびＮｉ（ニッケル）の一方を含んでよい。また、シールド２３０は、ＦｅおよびＮｉの合金であってもよく、この場合、強磁性体材料はパーマロイであってよい。

シールド２３０の側部の一部は、内側を向く傾斜部を有する。図６は、シールド２３０のＺ方向の高さをＨ、Ｙ方向の奥行きをＬ、Ｘ方向の内側の幅をＷとする。また、後述するが、シールド２３０の高さＨのうち、傾斜部となる部分をｈ１とし、傾斜部によって形成される開口の幅をｗ１とする。

図７は、本実施形態に係る第１構成例の電流センサ２００の断面の構成例を示す。図７に示す第１構成例の電流センサ２００において、図６に示された電流センサ２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。図７は、図６におけるＸＺ面と略平行な面における電流センサ２００の断面の一例を示す。シールド２３０は、底部２３２と、第１側部２３４と、第２側部２３６と、を有する。

底部２３２は、一方の面が導電部２１０に対向し、他方の面が電流センサ２００の外部を向く。なお、底部２３２が導電部２１０に対向する側を、電流センサ２００の内側とする。底部２３２は、ＸＹ平面と略平行に形成されてよい。

第１側部２３４および第２側部２３６の２つの側部は、導電部２１０および検出部２２０を間に挟んで底部２３２から＋Ｚ方向に延伸する。２つの側部の少なくとも一部は、底部２３２から離間すると共に、互いの間隔が近接する。例えば、２つの側部の少なくとも一方は、底部２３２から離間する方向において、２つの側部の間隔が近接するように他方の側部へと傾斜する傾斜部を一部に有する。図７は、第１側部２３４の高さＨのうち、ｈ１で示す部分が、第２側部２３６との間隔が近接するように形成された傾斜部の例を示す。同様に、第２側部２３６のｈ１で示す部分が、第１側部２３４との間隔が近接するように形成された傾斜部を示す。

第１側部２３４および第２側部２３６の傾斜部以外の残りの部分は、導電部２１０および検出部２２０を挟んで対向し、ＺＹ面と略平行に形成されてよい。第１側部２３４の一方の面および第２側部２３６の一方の面は、導電部２１０および検出部２２０が設けられる電流センサ１００の内側を向く。即ち、底部２３２、第１側部２３４、および第２側部２３６の一方の面によって形成されるシールド２３０の内壁が、導電部２１０および検出部２２０を囲うことになる。

また、Ｚ方向において、第１側部２３４および第２側部２３６の端部は底部２３２にそれぞれ接続され、底部２３２とは反対側の端部は、シールド２３０の開口２３８を形成する。図７は、シールド２３０の開口２３８のＸ方向の幅ｗ１（間隔）が、傾斜部によって狭まり、シールドの内側の幅Ｗよりも小さくなる例を示す。

以上の導電部２１０、検出部２２０、およびシールド２３０は、導電部２１０に流れる電流の方向に平行な面に対して対称な形状を有することが望ましい。例えば、図７は、導電部２１０、検出部２２０、およびシールド２３０が、直線Ａ−Ａ'を通るＺＹ面と略平行な面に対して対称な形状を有する例を示す。このような電流センサ２００は、外乱の影響を低減させて、導電部２１０に流れる電流の値を検出することができる。

図８は、本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００の断面の構成例を示す。第２構成例の電流センサ２００において、図７に示された第１構成例の電流センサ２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２構成例の電流センサ２００は、第１側部２３４および第２側部２３６の２つの側部に形成される傾斜部の部分ｈ１が、第１構成例の電流センサ２００の傾斜部の部分ｈ１よりも大きい例を示す。傾斜部の部分ｈ１は、検出部２２０の開口を向く側の面と比較して、より底部２３２側まで形成されることが望ましい。

また、第２構成例の電流センサ２００は、開口幅ｗ１が第１構成例の電流センサ２００の開口幅ｗ１よりも大きい例を示す。例えば、開口部の開口幅ｗ１は、検出部２２０の電流が流れる方向に対する幅よりも大きいことが望ましい。また、開口部の開口幅ｗ１は、導電部２１０の電流を流す方向に対する幅（図８においては導電部２１０のＸ軸方向の長さ）よりも大きいことが更に望ましい。このように、第２構成例の電流センサ２００は、開口幅ｗ１を大きくすることで、後述するが、製造工程等を簡略化させることができる。

第２構成例の電流センサ２００においても、検出部２２０は、導電部２１０が発生する磁場のＸ方向の磁場を検出する。また、電流センサ２００は、シールド２３０を設けることで、外乱の影響を低減させて、導電部２１０に流れる電流の値を検出することができる。なお、図７および図８において、導電部２１０および検出部２２０の間の距離をＤで示す。以上の本実施形態に係る電流センサ２００が、導電部２１０に流れる電流の値を検出した結果について、次に説明する。

図９は、本実施形態に係る電流センサ２００の検出部２２０の位置と、当該検出部２２０に入力する磁束密度の変化の一例を示す。図９は、Ｘ軸が導電部２１０の検出部２２０を向く面から検出部２２０までの距離Ｄを示す。なお、図９の横軸および縦軸は、図５で示した横軸および縦軸と略同一であるので、ここでは説明を省略する。

図９は、第１構成例および第２構成例の電流センサ２００について、検出部２２０の位置に対して入力する磁束密度の変化を、シミュレーションで算出した結果を示す。即ち、図９は、図５と同様に、距離Ｄが２ｍｍの場合の検出部２２０に入力する磁束密度を基準として、当該基準の磁束密度からの変化量を示す。

ここで、第１構成例および第２構成例のシールド２３０は、高さＨを１２．５ｍｍ、奥行きＬを１２ｍｍとした。また、第１構成例のシールド２３０は、内側の幅Ｗを１０．５ｍｍ、開口幅ｗ１を６．５ｍｍ、傾斜部高さｈ１を２．５ｍｍとした。また、第２構成例のシールド２３０は、内側の幅Ｗを１２．５ｍｍ、開口幅ｗ１を８．５ｍｍ、傾斜部高さｈ１を９ｍｍとした。また、導電部２１０は、Ｘ方向の幅を８ｍｍ、Ｚ方向の厚さを２ｍｍとした。

図９においてｃで示すグラフは、第１構成例の電流センサ２００のシミュレーション結果の一例を示す。第１構成例の電流センサ２００は、検出部２２０の位置が導電部２１０から離間するに伴い、３ｍｍ程度の位置で極小点となり、当該極小点を超えるとわずかに増加して極大点となってから、再び減少する傾向が算出された。したがって、第１構成例の電流センサ２００は、導電部２１０から３ｍｍ程度離間した位置が検出部２２０の最適な位置と考えることができる。

以上のように、第１構成例の電流センサ２００は、電流センサ２００の最適位置が、図５で説明した第２構成例の電流センサ１００の最適位置（１．５ｍｍ程度）と比較して、導電部２１０から略２倍離間した位置となり、当該導電部２１０の発熱による検出部２２０への影響を低減できる。また、第１構成例の電流センサ２００は、例えば、検出部２２０の位置が３ｍｍから±１ｍｍ程度変化しても、検出部２２０に入力する磁束密度の変化は±０．２％程度の範囲内である。

図９においてｄで示すグラフは、第２構成例の電流センサ２００のシミュレーション結果の一例を示す。第２構成例の電流センサ２００は、第１構成例の電流センサ２００と同様に、検出部２２０の位置が導電部２１０から離間するに伴い、３ｍｍ程度の位置で極小点となり、当該極小点を超えるとわずかに増加して極大点となってから、再び減少する傾向が算出された。したがって、第２構成例の電流センサ２００も、導電部２１０から３ｍｍ程度離間した位置が検出部２２０の最適な位置と考えることができる。

以上のように、第２構成例の電流センサ２００も、電流センサ２００の最適位置が、第２構成例の電流センサ１００の最適位置と比較して、導電部２１０から略２倍離間した位置となり、導電部２１０の発熱による検出部２２０への影響を低減できる。また、第２構成例の電流センサ２００は、例えば、検出部２２０の位置が３ｍｍから±１ｍｍ程度変化しても、検出部２２０に入力する磁束密度の変化は±０．２％程度の範囲内である。

したがって、第１構成例および第２構成例の電流センサ２００は、検出部２２０を導電部２１０の発熱の影響を低減できる程度に離間させた位置に配置させ、当該検出部２２０を安定に動作させることができる。また、第１構成例および第２構成例の電流センサ２００は、検出部２２０の位置が１ｍｍ程度変動しても、電流値の検出結果を±０．２％程度の範囲内にできることがわかる。

以上のように、本実施形態に係る電流センサ２００は、シールド２３０の導電部２１０および検出部２２０を囲う領域内の、底部２３２から離間する方向において、導電部２１０に流れる電流によって生じる磁場の磁束密度の変化が、極小値を有するように、２つの側部の間隔を近接させる。そして、電流センサ２００は、当該２つの側部の間隔を徐々に近接させることにより、極小値を形成する曲線を緩やかにし、また、極小値の位置を、導電部２１０からより離間させることができる。

これにより、電流センサ２００は、例えば、検出部２２０を導電部２１０よりも２ｍｍ以上離間した位置に配置することができる。また、電流センサ２００は、例えば、シールド２３０の導電部２１０および検出部２２０を囲う領域内において、導電部２１０からの離間距離に対する磁場の磁束密度の変化率の絶対値が略０．２％／ｍｍ以下の領域に、検出部２２０を配置することができる。即ち、電流センサ２００は、導電部２１０および検出部２２０の間の熱的な絶縁性を向上させ、安定な電流検出動作を保つことができる。また、電流センサ２００は、比較的高い電圧（例えば５００Ｖ）が発生する導電部２１０と、比較的低い電源電圧（例えば５Ｖ）で動作させる検出部２２０とを離間させることができ、電気的な絶縁性（絶縁耐圧）を向上させ、安定な電流検出動作を保つことができる。

以上の本実施形態に係る電流センサ２００のシールド２３０は、特に、開口幅ｗ１を導電部２１０および／または検出部２２０の幅と比較して大きくすることで、容易に組み立てることができる。図１０から図１２には、第２構成例の電流センサ２００を組み立てる過程の一例を示す。

図１０は、本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０が形成された例を示す。シールド２３０は、予め定められた大きさに切削された１のシールド板を、折り曲げることにより、形成されてよい。また、図１０のシールド２３０のＸＺ平面に平行な断面形状に形成された薄板をＹ方向に積層することにより、形成されてもよい。そして、このように形成されたシールド２３０の内部に、導電部２１０を配置する。

図１１は、本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０で導電部２１０を囲った例を示す。図１１は、形成したシールド２３０および導電部２１０のＺ方向における相対的な位置を移動させて、形成したシールド２３０で導電部２１０を囲った例を示す。なお、シールド２３０の開口幅ｗ１が導電部２１０の幅（図１１においては導電部２１０のＸ軸方向の長さ）と比較して大きく形成される場合、シールド２３０または導電部２１０を位置合わせしてから、Ｚ方向に移動させるだけで、シールド２３０の内部に導電部２１０を配置させることができる。

これに代えて、シールド２３０の開口幅ｗ１が導電部２１０の厚さ（図１１においては導電部２１０のＺ軸方向の長さ）と比較して大きく形成されてもよい。この場合、例えば、シールド２３０の開口が導電部２１０の厚さ方向に向くように位置合わせしてから、シールド２３０内部に導電部２１０を相対的に移動させ、その後、導電部２１０のＹ方向を中心に、シールド２３０を相対的に９０°回転させることで、シールド２３０の内部に導電部２１０を配置させることができる。そして、このようなシールド２３０の内部に、更に検出部２２０を配置する。

図１２は、本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００の構成例を示す。図１２は、検出部２２０を基板２４０に実装させてから、当該基板２４０を相対的に移動させることで、磁場を検出する位置に検出部２２０を配置する例を示す。即ち、検出部２２０は、基板２４０の一方の面に実装されてよい。この場合、検出部２２０は、表面実装型のデバイスであることが望ましい。

また、検出部２２０は、半導体基板等に形成されることが望ましい。この場合、検出部２２０は、半導体基板に略垂直な磁束密度の成分を検出する平面型ホール素子等を有してよい。また、当該検出部２２０は、半導体基板に略平行な方向の磁束密度の成分を、当該半導体基板に略垂直な方向に変換する磁気収束板等を更に有してよい。これにより、検出部２２０は、Ｘ方向に略平行な方向の磁束密度の成分を検出することができる。また、検出部２２０が、半導体基板に略平行な磁束密度の成分を検出する縦型ホール素子および／または磁気抵抗素子等を有する場合、当該検出部２２０は、このような磁気収束板を有さなくてもよい。

基板２４０は、第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４が形成される。第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４は、Ｙ方向と略平行で長さがシールド２３０の奥行きＬよりも大きい２辺と、Ｘ方向と略平行で長さがシールド２３０の厚さよりも大きい２辺とを有する、長方形の形状でそれぞれ形成されることが望ましい。第１貫通孔２４２は、シールド２３０の第１側部２３４が挿入される。また、第２貫通孔２４４は、シールド２３０の第２側部２３６が挿入される。

第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４のＸ方向における第１距離ｄ１は、シールド２３０の開口幅ｗ１未満でよい。ここで、第１距離ｄ１は、第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４の最短距離でよい。即ち、第１距離ｄ１は、第１貫通孔２４２のＹ方向と略平行な２辺のうちの第２貫通孔２４４側の辺と、第２貫通孔２４４のＹ方向と略平行な２辺のうちの第１貫通孔２４２側の辺と、の間の距離でよい。

これにより、検出部２２０をシールド２３０の底部２３２に対向させつつ、検出部２２０が搭載された基板２４０と、シールド２３０および導電部２１０との相対的な位置を移動させることができる。即ち、基板２４０を位置決めして、シールド２３０に対して相対的にＺ方向に移動させることで、第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４は、シールド２３０の対応する第１側部２３４および第２側部２３６にそれぞれ挿入することができる。

また、第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４のＸ方向における第２距離ｄ２は、シールド２３０の外側の幅Ｗ２よりも小さい長さで形成されることが望ましい。ここで、第２距離ｄ２は、第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４の最長距離でよい。即ち、第２距離ｄ２は、第１貫通孔２４２のＹ方向と略平行な２辺のうちの第２貫通孔２４４側とは反対側の辺と、第２貫通孔２４４のＹ方向と略平行な２辺のうちの第１貫通孔２４２側とは反対側の辺と、の間の距離でよい。

第２距離ｄ２がシールド２３０の外側の幅Ｗ２よりも小さく形成されるので、Ｚ方向において基板２４０をシールド２３０の方向に相対的に移動させると、基板２４０は傾斜部に接触して位置決めされる。即ち、第１側部２３４の外側の面は、第１貫通孔２４２のＹ方向と略平行な２辺のうちの第２貫通孔２４４側とは反対側の辺に接触し、また、第２側部２３６の外側の面は、第２貫通孔２４４のＹ方向と略平行な２辺のうちの第１貫通孔２４２側とは反対側の辺に接触する。このように基板２４０が位置決めされた場合に、導電部２１０および検出部２２０の間の距離Ｄが、図９で説明したように、検出部２２０に入力する磁束密度の変化が極小となる距離となることが望ましい。

即ち、第２距離ｄ２は、導電部２１０および検出部２２０の間の距離Ｄが磁束密度の変化の極小点に対応するように、基板２４０を位置決めする長さに予め定められる。これにより、Ｚ方向において基板２４０をシールド２３０の方向に相対的に移動させることで、導電部２１０が発生させる磁場を検出する最適な位置に検出部２２０を位置決めすることができる。

以上のように、第２構成例の電流センサ２００は、導電部２１０、シールド２３０、基板２４０を、ＸＹ平面と略平行な面上において位置決めしてからＺ方向で相対的に移動させることで、簡便に製造することができる。したがって、既に敷設された導電部２１０、また、Ｙ方向に長い導電部２１０等に対しても、容易に電流センサ２００を組み立てることができる。

以上の本実施形態に係る電流センサ２００は、シールド２３０の２つの側部の少なくとも一部が、底部２３２から離間すると共に、互いの間隔が近接する例を説明した。なお、シールド２３０の２つの側部は、底部２３２から離間した第１箇所における距離が、第１箇所と比較して底部２３２により近い第２箇所における距離よりも小さく形成されていれば、更に他の構造が形成されてもよい。なお、シールド２３０の２つの側部は、当該第２箇所における２つの側部の距離が、当該第２箇所と比較して底部２３２により近い第３箇所における距離よりも小さく形成されることが望ましい。例えば、図１３、図１４、および図１５のようなシールド２３０であってもよい。

図１３は、本実施形態に係るシールド２３０の第１変形例の断面構成を示す。図１３は、図８に示す本実施形態に係る第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０に、第１端部３０２および第２端部３０４が更に形成された例を示す。第１端部３０２は第１側部２３４に、第２端部３０４は第２側部２３６に、それぞれ形成されてよい。第１端部３０２および第２端部３０４は、一例として、ＹＺ面に略平行に形成されてよい。図１３は、第１端部３０２および第２端部３０４が、シールド２３０の高さＨのうち、ｈ２の部分に形成された例を示す。

なお、図１２において、基板２４０がシールド２３０の傾斜部の予め定められた位置に位置決めされるように、第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４の第２距離ｄ２を予め定められた距離に定めることを説明した。これに代えて、または、これに加えて、シールド２３０は、第１ストッパ３０６および第２ストッパ３０８が外壁に設けられてもよい。第１ストッパ３０６および第２ストッパ３０８は、樹脂等で形成されてよい。また、第１ストッパ３０６および第２ストッパ３０８は、シールド２３０の第１側部２３４および第２側部２３６をそれぞれ囲むように、リング状の樹脂で形成されてよい。また第１ストッパ３０６および第２ストッパ３０８は、シールド２３０本体の切削等により形成されてもよい。第１ストッパ３０６および第２ストッパ３０８は、基板２４０の第１貫通孔２４２および第２貫通孔２４４がシールド２３０の第１側部２３４および第２側部２３６にそれぞれ挿入された場合に、当該基板２４０をシールド２３０の傾斜部の予め定められた位置に位置決めする。

図１４は、本実施形態に係るシールド２３０の第２変形例の断面構成を示す。図１４は、図１３に示した第１変形例のシールド２３０と同様に、第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０に、第１端部３０２および第２端部３０４が更に形成された例を示す。図１４は、第１端部３０２および第２端部３０４が、底部２３２から離間すると共に、互いの間隔が離間する例を示す。これに代えて、第１端部３０２および第２端部３０４は、底部２３２から離間すると共に、互いの間隔が近接してもよい。

図１５は、本実施形態に係るシールド２３０の第３変形例の断面構成を示す。図１５は、図１３に示した第１変形例のシールド２３０と同様に、第２構成例の電流センサ２００のシールド２３０に、第１端部３０２および第２端部３０４が更に形成された例を示す。第１側部２３４は、Ｚ方向における底部２３２とは反対側の端部に、＋Ｘ方向に延伸する第１端部３０２と接続される。第２側部２３６は、Ｚ方向における底部２３２とは反対側の端部に、−Ｘ方向に延伸する第２端部３０４と接続される。第１端部３０２および第２端部３０４は、Ｘ方向において予め定められた間隔だけ離間して設けられ、当該間隔が、シールド３０の開口幅Ｇとなる。

以上の本実施形態に係るシールド２３０の２つの側部は、連続的に互いの距離が近接する傾斜部を有する例を説明した。これに代えて、２つの側部の少なくとも一方は、底部２３２から離間する方向において、２つの側部の間隔が段階的に近接するように複数の段差部を一部に有してもよい。

図１６は、本実施形態に係るシールド２３０の第４変形例の断面構成を示す。第４変形例のシールド２３０は、第１側部２３４および第２側部２３６の２つの側部が、段階的に異なる例を示す。図１６は、２つの側部がそれぞれ２つの段差部を有し、底部２３２から離間する方向において、当該２つの側部の間隔がＷ、ｗ１、ｗ３と、段階的に近接する例を示す（Ｗ＞ｗ１＞ｗ３）。なお、第１側部２３４の第１端部３０２および第２側部２３６の第２端部３０４は、開口を形成してよく、図１６は、開口幅がｗ３の例を示す。

以上の変形例に係るシールド２３０を有する電流センサ２００であっても、第１構成例および／または第２構成例の電流センサ２００と略同様に、検出部２２０に入力する磁束密度の変化の極小値を形成する曲線を緩やかにし、また、極小値の位置を、導電部２１０からより離間させることができる。これにより、本実施形態に係る電流センサ２００は、検出部２２０の組み立て誤差、検出部２２０固定部材の変形、検出部２２０への振動および衝撃等が加わること等により、検出部２２０の位置が変動しても、電流検出動作を安定に実行することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 導電部、２０ 検出部、３０ シールド、３２ 底部、３４ 第１側部、３６ 第２側部、４２ 第１頂部、４４ 第２頂部、１００ 電流センサ、２００ 電流センサ、２１０ 導電部、２２０ 検出部、２３０ シールド、２３２ 底部、２３４ 第１側部、２３６ 第２側部、２３８ 開口、２４０ 基板、２４２ 第１貫通孔、２４４ 第２貫通孔、３０２ 第１端部、３０４ 第２端部、３０６ 第１ストッパ、３０８ 第２ストッパ

Claims (14)

1. 第１方向に延伸し、当該第１方向に電流を流す導電部と、
   前記導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、
   前記導電部および前記検出部を囲うシールドと、
   を備え、
   前記シールドは、
   前記導電部に対向する底部と、
   前記導電部および前記検出部を間に挟んで前記底部から延伸する２つの側部と、
   を有し、
   前記２つの側部は、前記底部から離間した第１箇所における距離が、前記第１箇所と比較して前記底部により近い第２箇所における距離よりも小さい電流センサ。
2. 電流を流す導電部と、
   前記導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、
   底部と、前記底部および前記検出部を間に挟む２つの側部とを有するシールドと、
   を備え、
   前記底部と前記２つの側部によって形成される前記シールドの内壁が前記導電部および前記検出部を囲い、
   前記２つの側部の少なくとも一部は、前記底部から離間すると共に、互いの間隔が近接する電流センサ。
3. 前記２つの側部の少なくとも一方は、前記底部から離間する方向において、前記２つの側部の間隔が近接するように他方の側部へと傾斜する傾斜部を一部に有する請求項１または２に記載の電流センサ。
4. 前記２つの側部の少なくとも一方は、前記底部から離間する方向において、前記２つの側部の間隔が段階的に近接するように複数の段差部を一部に有する請求項１または２に記載の電流センサ。
5. 前記２つの側部の前記底部とは反対側の端部は、前記シールドの開口部を形成し、
   前記開口部の開口幅は、前記導電部の前記電流を流す方向に対する幅よりも大きい請求項１から４のいずれか一項に記載の電流センサ。
6. 前記開口部の開口幅は、前記検出部の前記電流が流れる方向に対する幅よりも大きい請求項５に記載の電流センサ。
7. 前記シールドの前記導電部および前記検出部を囲う領域内の、前記底部から離間する方向において、前記導電部に流れる電流によって生じる磁場の磁束密度の変化が、極小値を有するように、前記２つの側部の間隔が近接する請求項１から６のいずれか一項に記載の電流センサ。
8. 前記シールドの前記導電部および前記検出部を囲う領域内において、前記底部からの離間距離に対する前記磁場の磁束密度の変化率の絶対値が０．２％／ｍｍ以下の領域に、前記検出部が配置される請求項１から７のいずれか一項に記載の電流センサ。
9. 前記検出部は、前記導電部よりも２ｍｍ以上離間した位置に配置される請求項８に記載の電流センサ。
10. 前記シールドは、前記導電部に流れる電流の方向に平行な面に対して対称な形状を有する請求項１から９のいずれか一項に記載の電流センサ。
11. 前記検出部は、ホール素子および磁気抵抗素子の少なくとも一方を有する請求項１から１０のいずれか一項に記載の電流センサ。
12. 請求項５または請求項６に記載の電流センサを製造する製造方法であって、
    前記シールドを形成する段階と、
    形成した前記シールドおよび前記導電部の相対的な位置を移動させて、形成した前記シールドで前記導電部を囲う段階と、
    前記検出部を前記シールドの前記底部に対向させつつ、前記検出部が搭載された基板と、前記シールドおよび前記導電部との相対的な位置を移動させて、前記磁場を検出する位置に前記検出部を配置する段階と、
    を備える
    製造方法。
13. 電流センサに設けられた、
    第１方向に延伸し、当該第１方向に電流を流す導電部と、
    前記導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、
    を囲うシールドであって、
    前記導電部に対向する底部と、
    前記導電部および前記検出部を間に挟んで前記底部から延伸する２つの側部と、
    を有し、
    前記２つの側部は、前記底部からより離れた第１箇所における距離が、前記第１箇所と比較して前記底部により近い第２箇所における距離よりも小さいシールド。
14. 電流を流す導電部と、前記導電部に流れる電流によって生じる磁場を検出する検出部と、を備える電流センサに設けられるシールドであって、
    底部と、
    前記底部および前記検出部を間に挟む２つの側部と、
    を備え、
    前記底部と前記２つの側部によって形成される前記シールドの内壁が前記導電部および前記検出部を囲い、
    前記２つの側部の少なくとも一部は、前記底部から離間すると共に、互いの間隔が近接するシールド。

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